OpenFOAM从入门到精通

基于多年的使用与开发经验，从简单算例出发，便于熟悉OpenFOAM的使用流程。

阐述OpenFOAM的网格划分、数值算法、边界条件、湍流模型等，知识全面。

辅以编程实例，介绍OpenFOAM中的常见问题与使用技巧，从而全方位提升掌握程度。

OpenFOAM是一款优秀的开源CFD软件，国内外的用户群体在近年快速发展壮大。本书从简单算例出发，使读者熟悉OpenFOAM的使用流程，再进一步阐述OpenFOAM的网格划分、数值算法、边界条件、湍流模型等，同时辅以编程实例，使用户在掌握相关原理的基础上，了解二次开发方法，推进相关研究进程，最后介绍OpenFOAM中的常见问题与使用技巧，从而全方位提升读者的掌握程度。 本书共7章：OpenFOAM安装及简要介绍，初步认识OpenFOAM，OpenFOAM运算、离散及网格划分，OpenFOAM边界条件及程序解读，OpenFOAM湍流模型，OpenFOAM中的application，以及其他相关内容。 本书可作为高等院校动力工程及工程热物理、水利工程、航空航天等专业的教材或教学参考用书，也可供从事CFD的技术人员自学参考。

黄先北，博士，硕士研究生导师，毕业于中国农业大学水利工程专业，长期从事CFD相关研究，主持参加国家自然科学基金多项，以第一通讯作者在《Applied Mathematics and Computation》、《International Journal of Multiphase Flow》《Journal of Fluids Engineering》等期刊发表SCI论文十余篇。

得益于计算机技术突飞猛进的发展，CFD的应用已深入各领域，国内外不少企业与高校均开展了相关研究。以ANSYS CFX、Fluent以及Star CCM+等为首的一批商用CFD软件被广泛使用，其优势在于功能模块的高度集成化以及新手入门的低难度化，友好的GUI也使此类软件易于掌握。

然而，出于保密的考虑，开发商无法将商业软件的所有代码公开，以至于用户仅能针对其中的部分功能进行自主开发、编译，二次开发功能大打折扣，常常无法满足CFD研究与开发人员的需求。因此，开源的CFD程序成为科研院所及相关企业的首选。OpenFOAM作为一款优秀的开源CFD程序，由于其丰富的功能、良好的程序接口以及快速的版本更新，在全球范围内吸引了越来越多的用户，而基于OpenFOAM的研究与应用也日益增多。

OpenFOAM基于C++编写，面向对象的特点使其代码编写更为方便快捷。但由于其功能繁多，且目前关于该软件的资料极少，新手用户往往难以在浩如烟海的代码中获取有效的信息，从而导致学习使用过程困难重重。此外，OpenFOAM的可调参数极多，若无相关经验，往往容易导致计算溢出或程序编译失败，更增加了学习的困难程度。

为此，作者基于多年的使用与开发经验，从简单算例出发，使读者熟悉OpenFOAM的使用流程，再进一步阐述OpenFOAM的网格划分、数值算法、边界条件、湍流模型等，同时辅以编程实例，使用户在掌握相关原理的基础上，了解二次开发方法，推进相关研究进程，最后介绍OpenFOAM中的常见问题与使用技巧，从而全方位提升读者的掌握程度。

本书分为7章：第1章介绍软件的安装及基本功能；第2章通过两个算例（搅拌器、子弹空化）介绍OpenFOAM的使用流程，包括前处理、计算与后处理；第3章介绍张量运算、离散的原理及相关数值格式与解法的使用方式，并实例介绍利用blockMesh进行网格划分的要点以及如何导入网格；第4章介绍边界与边界条件的类型，边界条件的程序解读以及各壁面函数的数学原理、使用方式，并实例分析如何自定义边界条件与壁面函数；第5章在分析湍流模型结构的基础上，基于源代码分析湍流模型（RANS与LES）的实现方式，并通过实例讲解如何自定义RANS与LES模型；第6章基于simpleFoam与Lambda2的程序，解读OpenFOAM中求解器与工具的实现方式，通过实例讲解如何自定义求解器与工具；第7章介绍查询代码的常用技巧，分析编程中常见的问题及解决方法，以及如何利用Tecplot进行后处理。

在本书的编写过程中，我们得到了国家自然科学基金（51909231、51806187）、扬州大学学科（流体动力与能源高效转化利用）建设经费、扬州大学科技创新培育基金以及中国水利水电出版社的支持，也得到了同事与朋友的帮助，在此对这些宝贵支持和帮助表示衷心的感谢。

本书得以出版，离不开父母的支持与默默奉献，在此致以最诚挚的感谢。

限于作者的能力和水平，书中错误和缺点在所难免，恳请读者批评指正。

作 者

2020年9月